(57)【要約】【課題】内視鏡自体に検出用部材を設けることなく、簡単な構成によって正確な内視鏡の挿入形状を検出することができる内視鏡形状検出装置を提供する。【解決手段】内視鏡の挿入部を挿入・抜去する挿入抜去量及び前記挿入部の回転量を検出する挿抜・回転量検出手段１５と、内視鏡の挿入部に設けた湾曲部を湾曲操作する湾曲操作部の操作量を湾曲量として検出する湾曲量検出手段１６と、前記挿抜・回転量検出手段１５及び湾曲量検出手段１６の出力をデジタルデータとして検出する状態変化検出回路１７と、前記状態変化検出回路１７で検出されるデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理回路１２と、このデータ処理回路１２により得られた挿入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段１３と、を備えている。【選択図】  図７
2007111551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の挿入部を挿入・抜去する挿入抜去量及び前記挿入部の回転量を検出する挿抜・回転量検出手段と、
内視鏡の挿入部に設けた湾曲部を湾曲操作する湾曲操作部の操作量を湾曲量として検出する湾曲量検出手段と、
前記挿抜・回転量検出手段及び湾曲量検出手段の出力をデジタルデータとして検出する状態変化検出手段と、
前記状態変化検出手段で検出されるデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理手段と、
このデータ処理手段により得られた挿入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。    
【請求項２】
前記挿抜・回転量検出手段は、内視鏡の挿入部に常時接触して自由な方向に回転する検出ボールと、
この検出ボールに常時接触して前記挿入部の長手方向の移動量を検出する挿抜量検出用ロータリーエンコーダと、
前記検出ボールに常時接触して前記挿入部の外周方向の回転量を検出する回転量検出用ロータリーエンコーダと、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出装置。
【請求項３】
前記湾曲量検出手段は、湾曲操作部の回転軸に常時接触して該回転軸の回転量を検出することにより、湾曲部の湾曲量を検出する湾曲量検出用ロータリーエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡形状検出装置。
【請求項４】
前記状態変化検出手段は、前記各ロータリーエンコーダ毎に設けられた回路系統を有し、この各回路系統はローパスフィルタ、増幅回路、アナログ・デジタル変換器を備え、前記各回路系統の各アナログ・デジタル変換器で変換され出力されるデータをラッチして貯え、前記データ処理手段が要求するタイミングで出力することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡形状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡挿入部の被検部内での形状を検出する内視鏡形状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野で広く用いられるようになった。特に、医療用分野で使用される挿入部が軟性の内視鏡では、この挿入部を屈曲した体腔内に口や肛門などから挿入することにより、切開することなく体腔内深部の臓器を診断したり、必要に応じて内視鏡に設けた管路チャンネル内に処置具を挿通してポリープ等を切除するなどの治療処置を行うことができる。
【０００３】
例えば内視鏡を肛門側から挿入して大腸等の下部消化管内を検査する場合、屈曲した体腔内に挿入部を円滑に挿入するためにはある程度の熟練を要する。つまり、内視鏡の挿入作業を行う場合、体腔内の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の作業を円滑に行って挿入する必要があり、そのためには挿入部の先端位置等が、体腔内のどこに位置しているなど、現在の内視鏡挿入部の湾曲状態等を知ることができると便利である。このように大腸検査等において体腔内での内視鏡挿入部の形状を知ることにより、挿入作業が容易になり、患者に与える苦痛を軽減できる。
【０００４】
そこで、内視鏡の挿入部にＸ線不透過部を形成し、Ｘ線による透視により内視鏡の挿入形状を得て、挿入部の先端位置や挿入部の湾曲状態を検出することが考えられている。
【０００５】
しかし、Ｘ線による内視鏡形状の検出装置は大型であり、Ｘ線を照射するための装置を検査室に設けるためには検査室が十分に広くなければならない。また、術者は、内視鏡検査の際に、内視鏡の操作のほかに、Ｘ線を照射する操作を行わなければならなくなるので、術者にかかる負担が大きくなると共に、頻繁にＸ線照射を行うと被爆量が増大して患者や術者に対して有害になるおそれがあり、Ｘ線は内視鏡挿入部の挿入状態を検出する手段としては必ずしも好ましいものではない。
【０００６】
また、特開平２−２１８３３０号公報に示されるように、内視鏡の挿入を容易にするために挿入方向を検出する装置が提案されているが、このような装置では挿入方向の検出の基準が観察像の明るさのみであり、被検部位によっては挿入方向の検出が難しかったり、精度良く検出できない場合があり、挿入部を円滑に挿入することが困難な場合があった。
【特許文献１】特開平２−２１８３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、観察像の明るさで挿入方向を検出する従来の装置では挿入部を円滑に挿入するために十分な挿入形状の検出ができなかったり、またＸ線を照射して挿入形状を検出するものでは装置構成が大型で複雑化するなどの問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、内視鏡自体に検出用部材を設けることなく、簡単な構成によって外付けで設けることができ、内視鏡挿入形状を検出するために特別な内視鏡を構成することなく簡単な構成で、正確な内視鏡の挿入形状を検出することができる内視鏡形状検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様にによる内視鏡形状検出装置は、内視鏡の挿入部を挿入・抜去する挿入抜去量及び前記挿入部の回転量を検出する挿抜・回転量検出手段と、
内視鏡の挿入部に設けた湾曲部を湾曲操作する湾曲操作部の操作量を湾曲量として検出する湾曲量検出手段と、
前記挿抜・回転量検出手段及び湾曲量検出手段の出力をデジタルデータとして検出する状態変化検出手段と、
前記状態変化検出手段で検出されるデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理手段と、
このデータ処理手段により得られた挿入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段と、
を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内視鏡形状検出装置は、内視鏡自体に検出用部材を設けることなく、簡単な構成によって外付けで設けることができ、内視鏡挿入形状を検出するために特別な内視鏡を構成することなく簡単な構成で、正確な内視鏡の挿入形状を検出することができる利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 
【実施例】
【００１２】
図１ないし図５は本発明の第１実施形態に係り、図１は内視鏡装置のシステム構成を示す構成図、図２は内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図、図３は姿勢検出回路の構成を示すブロック図、図４は第１実施形態の動作を説明するためのフローチャート、図５は第１実施形態の形状検出処理を説明する作用説明図である。
【００１３】
図１に示すように、内視鏡装置は、体腔内に挿入され対象部位の観察、処置を行うための内視鏡１と、この内視鏡１を接続し内視鏡で得られた対象部位の画像を観察するための内視鏡観察装置２と、内視鏡１と接続され内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置３と、内視鏡観察装置２より出力される内視鏡画像と内視鏡形状検出装置３より出力される内視鏡形状画像とを表示する表示装置４とを備えて構成されている。
【００１４】
内視鏡１は、体腔内に挿入する挿入部１ａの基端部に操作部１ｂが連設され、この操作部１ｂよりライトガイドや信号ケーブルを内蔵したユニバーサルコード５が延出して構成されており、ユニバーサルコード５の端部が内視鏡観察装置２に接続されている。また、操作部１ｂより信号伝送ケーブル６が延出しており、この信号伝送ケーブル６を介して内視鏡形状検出装置３と接続されている。そして、内視鏡形状検出装置３と内視鏡観察装置２とが接続ケーブル７を介して接続され、信号の伝送が行われるようになっている。
【００１５】
内視鏡観察時には、術者によって検査ベッド８に横たわる患者９の体腔内に内視鏡１の挿入部１ａを挿入し、挿入部１ａの先端部に組み込まれた撮像素子により対象部位の画像を得る。このとき、内視鏡観察装置２からの撮像素子駆動信号により撮像素子において光電変換が行われ、得られた画像は内視鏡観察装置２へ電気信号（撮像信号）として伝送される。内視鏡観察装置２の内部では、内視鏡１からの撮像信号を処理して対象部位の画像を映像信号に変換し、表示装置４に出力する。表示装置４は、内視鏡観察装置２の出力を受信して画像表示を行うことにより、内視鏡画像として患者体内の観察画像を術者に視覚的に提供する。
【００１６】
次に、図２及び図３を参照して、内視鏡形状検出装置３の構成について説明する。
【００１７】
内視鏡形状検出装置３は、内視鏡１の所定部位の姿勢を電気信号に変換する３方向ジャイロ（ジャイロスコープ）１０と、この３方向ジャイロ１０のアナログ出力をデジタルデータとして検出する姿勢検出回路１１と、姿勢検出回路１１で検出されたデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理回路１２と、データ処理回路１２で得られた挿入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段１３とを備えて構成され、この信号処理手段１３から出力される映像信号を視覚的な画像として表示する表示装置４に接続されている。
【００１８】
直交する３方向の傾きの変位を検出する３方向ジャイロ１０は、内視鏡１の挿入部１ａの内部に複数設けてあり、先端部から基端部まで所定の間隔（隣りのジャイロまでの区間で挿入部１ａの曲率が一定となる間隔）で配置してある。そして、各々の３方向ジャイロ１０に姿勢検出回路１１が接続されている。なお、３方向ジャイロ１０は、挿入部１ａに設けるのに限らず、挿入部１ａのチャンネル内に挿入可能なプローブに複数設けて挿入部１ａ内に配置するようにしても良い。
【００１９】
この３方向ジャイロ１０は、図３に示すように、±９０度の範囲で傾きに比例した電圧信号に変換する圧電振動ジャイロ１０ａを３軸直交系の各軸方向の傾き変位を検出するように配置して構成してあり、各々の圧電振動ジャイロ１０ａが姿勢検出回路１１に接続されている。
【００２０】
姿勢検出回路１１は、各々の圧電振動ジャイロ１０ａごとに設けられた３つの同一の回路系統から構成され、一対一で圧電振動ジャイロ１０ａの出力する電気信号が入力される。それぞれの回路系統は、ローパスフィルタ（以降、ＬＰＦと記す）１１ａ、増幅回路１１ｂ、アナログ−デジタル変換器（以降、ＡＤＣと記す）１１ｃから構成されている。さらに姿勢検出回路１１は、前記３系統の各ＡＤＣ１１ｃで変換され出力されるデータを取り込み、データ処理回路１２の要求するタイミングで出力するデータバッファ１１ｄを備えている。
【００２１】
次に、図４及び図５を参照して、第１実施形態に係る内視鏡形状検出装置の動作について説明する。
【００２２】
内視鏡形状検出装置３は、術者により形状検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ１で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視タイマーや内視鏡の挿入形状データを記憶するための記憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化する。このときに姿勢検出回路１１のＡＤＣ１１ｃのＡ／Ｄ変換周期も所定値にセットされる。
【００２３】
次に、ステップＳ２で、前記監視タイマーの計数が開始されると共にＡＤＣ１１ｃのＡ／Ｄ変換も開始され、各姿勢検出回路１１のデータバッファ１１ｄにおいて、検出された３方向ジャイロ１０の各軸方向の角度変位量を表す電圧データがラッチされる。そしてステップＳ３で、前記データバッファ１１ｄのデータはデータ処理回路１２に読み込まれ、圧電振動ジャイロ１０ａの特性に対応させた変位量に変換された後、３方向ジャイロ１０の各ポイント毎に姿勢データとしてメモリ内のデータに加算され蓄積される。この後、ステップＳ４で監視タイマーの計数が終了したか否か判断し、終了していない場合はステップＳ２に戻ることにより、監視タイマーが所定の値までの計数を終了するまでこの蓄積処理を繰り返す。
【００２４】
そして、監視タイマーの計数が終了すると、ステップＳ５に進み、この所定時間内に蓄積した姿勢データから各ポイント毎での軸ベクトルを算出する。この軸ベクトルは、内視鏡１の操作部１ｂから挿入部１ａの先端部へ沿った方向を正の向きとし、大きさ１の単位ベクトルとして算出する。
【００２５】
次いで、ステップＳ６で、各ポイントの軸ベクトルを用いて挿入形状データを生成する。この過程では、最も操作部よりに配置された一番目の３方向ジャイロを原点とし、このジャイロの検出した軸ベクトルと次のポイントに配置された二番目の３方向ジャイロの検出した軸ベクトルとを含む平面を基準面とした座標系を考える。
【００２６】
図５を基に挿入形状データの生成手順を説明する。図５は前記座標系における基準面上での隣り合う２つのポイントの軸ベクトルを示す説明図である。
【００２７】
まず、各３方向ジャイロ１０は、隣のジャイロまでの区間で内視鏡１の挿入部１ａの曲率が一定となる間隔に配置することによりジャイロ間内視鏡形状は円弧を描くことになるため、図５に示すように、２つの軸ベクトルの内積より求めたベクトルのなす角θ１を中心角とし、配置した間隔すなわち円弧の長さから半径ｒ１を算出する。この求めた中心角θ１と半径ｒ１および検出点Ｐ１の座標値から検出点Ｐ２の座標値を求める。
【００２８】
次に、この検出点Ｐ２と検出点Ｐ３を次の区間として、中心角θ２と半径ｒ２および検出点Ｐ２の座標値から検出点Ｐ３の座標値を求める。
【００２９】
同様の算出処理を最後の区間まで繰り返し、全ジャイロの位置座標を確定し、内視鏡の挿入形状データを生成する。
【００３０】
このようにしてデータ処理回路１２で生成した挿入形状データは、信号処理手段１３に伝送されて映像信号に変換され、表示装置４に内視鏡形状画像として表示される。
【００３１】
図４に戻り、ステップＳ７で形状検出の動作が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップＳ２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の表示の更新が繰り返される。
【００３２】
以上説明したように、第１実施形態では、内視鏡挿入部内部に複数個の空間姿勢を検出する手段を設けると共に、所定時間内の各個所の姿勢情報を記憶する手段と、各姿勢情報から内視鏡の挿入形状情報を生成する手段と、挿入形状情報を視覚的に表示する手段とを設けることにより、内視鏡挿入形状を術者に提供するようになっている。このとき、既知の間隔で設けられた空間姿勢検出手段からの姿勢変化量を所定時間間隔で採取したデータから内視鏡挿入部の軸ベクトルを算出し、この軸ベクトルと既知の距離から内視鏡の挿入形状を検出して表示手段に表示するようにしている。
【００３３】
第１実施形態によれば、内視鏡形状検出のためにＸ線などの外部より信号発生する手段を設ける必要がないため、システムが簡単な構成で内視鏡の挿入形状を検出し表示することができる。また、形状検出の際にＸ線による被爆等のおそれがなく、安全に内視鏡の挿入形状を得ることが可能である。
【００３４】
また、内視鏡挿入部の各検出ポイントでの姿勢と検出手段の設置間隔のデータから簡略な推定処理の繰り返しのみで挿入形状データを生成することができるため、処理の高速化を図ることが可能である。また、各検出ポイントでの挿入部の方向ベクトルが検出されるため、挿入形状データ生成時のデータ補間処理の精度が向上し、形状をより正確に求めることが可能となる。
【００３５】
図６ないし図９は本発明の第２実施形態に係り、図６は内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図、図７は状態変化検出回路の構成を示すブロック図、図８は第２実施形態の動作を説明するためのフローチャート、図９は第２実施形態の形状検出処理を説明する作用説明図である。
【００３６】
図６に示すように、内視鏡１は、挿入部１ａの先端側に湾曲可能な湾曲部１ｃと対物光学系等を備えた先端部１ｄとを有しており、操作部１ｂには、内視鏡１の先端部１ｄの向きを変えるための湾曲操作部１ｅ（上下方向湾曲用），１ｆ（左右方向湾曲用）が設けられている。また、内視鏡１には、術者が内視鏡１の挿入部１ａを挿入・抜去した長さを表す挿抜量と捻って回転させた回転量とを検出して電気信号に変換する挿抜・回転量検出手段１５と、内視鏡１の湾曲操作部１ｅ，１ｆの操作量を湾曲部１ｃの湾曲量として検出し電気信号に変換する湾曲量検出手段１６とを設けている。
【００３７】
内視鏡形状検出装置３は、前記挿抜・回転量検出手段１５と湾曲量検出手段１６の出力をデジタルデータとして検出する状態変化検出回路１７と、状態変化検出回路１７で検出されたデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理回路１２と、データ処理回路１２で得られた挿入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段１３とを備えて構成され、この信号処理手段１３から出力される映像信号を視覚的な画像として表示する表示装置４に接続されている。
【００３８】
挿抜・回転量検出手段１５は、図７に示すように、内視鏡１の挿入部１ａに常に接触して自由な方向に回転する検出ボール１５ａと、この検出ボール１５ａと常に接触して挿入部１ａの長手方向の移動量を検出する挿抜量検出用ロータリーエンコーダ１５ｂと、同じく検出ボール１５ａと常に接触して挿入部１ａの外周方向の回転量を検出する回転量検出用ロータリーエンコーダ１５ｃとから構成されている。また、湾曲量検出手段１６は、湾曲操作部１ｅ，１ｆのそれぞれの回転軸に常に接触して上下左右方向の湾曲量を検出する湾曲量検出用ロータリーエンコーダ１６ａ，１６ｂから構成されている。
【００３９】
状態変化検出回路１７は、各々のロータリーエンコーダごとに設けられた４つの同一の回路系統から構成され、それぞれの回路系統は、ＬＰＦ１７ａ，増幅回路１７ｂ，ＡＤＣ１７ｃを有している。さらに、状態変化検出回路１７は、前記４系統の各ＡＤＣ１７ｃで変換され出力されるデータをラッチして貯え、データ処理回路１２の要求するタイミングで出力するデータバッファ１７ｄを備えている。
【００４０】
次に、図８及び図９を参照して、第２実施形態に係る内視鏡形状検出装置の動作について説明する。
【００４１】
内視鏡形状検出装置３は、術者により形状検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ１１で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視タイマーや状態変化を表すデジタルデータを記憶するための記憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化する。このときに状態変化検出回路１７のＡＤＣ１７ｃのＡ／Ｄ変換周期も所定値にセットされる。
【００４２】
次に、ステップＳ１２で、前記監視タイマーの計数が開始されると共にＡＤＣ１７ｃのＡ／Ｄ変換も開始され、状態変化検出回路１７のデータバッファ１７ｄにおいて、検出された内視鏡１の挿入部１ａの挿抜量、回転量、湾曲量の変化分を表す電圧データがラッチされる。そしてステップＳ１３で、前記データバッファ１７ｄのデータはデータ処理回路１２に読み込まれ、ロータリーエンコーダの特性に対応させた変位量に変換された後、所定の変位量より大きいかどうか、すなわち内視鏡の状態変化があったか否かが判断される。
【００４３】
ステップＳ１３で、変位量が所定の量より小さい場合はそのまま監視タイマーの計数を続ける。一方、変位量が所定の量より大きい場合はステップＳ１４〜Ｓ１９の処理に移り、各状態変化を記憶するメモリに変位量を蓄積した後、監視タイマーの計数を続ける。すなわち、ステップＳ１４の判断で内視鏡の状態変化が回転量の変化である場合はステップＳ１５で内視鏡回転量の増減分をメモリに蓄積し、ステップＳ１６の判断で内視鏡の状態変化が挿入量の変化である場合はステップＳ１７で内視鏡挿入量の増減分をメモリに蓄積し、ステップＳ１８の判断で内視鏡の状態変化が内視鏡先端部の湾曲量の変化である場合はステップＳ１９で湾曲量及び湾曲方向をメモリに蓄積する。
【００４４】
なおここで、前記の挿入量、回転量、湾曲量は、図８の（ａ）に示すように挿入部軸ベクトルと先端部軸ベクトルとを設定した場合に、湾曲量は図８の（ｂ）に示すように挿入部軸ベクトルと先端部軸ベクトルとのなす角、挿入量は図８の（ｃ）に示すように挿入部軸ベクトルに沿った先端部軸ベクトルの移動量、回転量は図８の（ｄ）に示すように挿入部軸ベクトルを中心軸とした先端部軸ベクトルの回転角というようにそれぞれ定義される。
【００４５】
この後、ステップＳ２０で監視タイマーの計数が終了したか否か判断し、終了していない場合はステップＳ１２に戻ることにより、監視タイマーが所定の値までの計数を終了するまでこの蓄積処理を繰り返す。
【００４６】
そして、監視タイマーの計数が終了すると、ステップＳ２１に進み、この所定時間内に蓄積した各変位量のデータから内視鏡１の先端部１ｄの軌跡を算出する。次いで、ステップＳ２２で、前段階で求めた先端部１ｄの軌跡から内視鏡の挿入形状データを生成し、画像化する。このとき、データ処理回路１２により生成された挿入形状データは信号処理手段１３に伝送されて映像信号に変換され、表示装置４に内視鏡形状画像として表示される。
【００４７】
その後、ステップＳ２３で形状検出の動作が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップＳ１２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の表示の更新が繰り返される。
【００４８】
以上説明したように、第２実施形態では、術者が行う内視鏡挿入の挿抜量・回転量・湾曲量を検出する手段を内視鏡に設けると共に、所定時間内の各変化量を記憶する手段と、挿入操作情報から内視鏡先端部の移動の軌跡を算出し内視鏡の挿入形状情報を生成する手段と、挿入形状情報を視覚的に表示する手段とを設けることにより、内視鏡挿入形状を術者に提供するようになっている。このとき、所定時間間隔で採取した術者の行う内視鏡挿入の操作情報から内視鏡先端の移動した軌跡を空間座標として算出し、内視鏡の挿入形状を検出して表示手段に表示するようにしている。
【００４９】
第２実施形態によれば、内視鏡自体に検出手段を外付けで設けることができるため、内視鏡形状検出のために特別な内視鏡を準備する必要がなく、既存のシステムと組み合わせて使用することが可能であり、第１実施形態と同様に簡単な構成で正確な内視鏡の挿入形状を検出できる効果が得られる。
【００５０】
さらに、図１０及び図１１を参照して、第２実施形態の変形例について説明する。図１０は圧力検出回路の構成を示すブロック図、図１１は第２実施形態の変形例の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５１】
この変形例では、図１０に示すように、内視鏡１の挿入部１ａの側面部に複数の圧力センサ１８を設け、内視鏡形状検出装置３には圧力検出回路１９を設けるようにしている。複数の圧力センサ１８は、挿入部１ａの軸方向及び周方向にそれぞれ所定の間隔で設けられ、周方向の位置毎に挿入部軸方向の各ポイントのセンサがそれぞれまとめられてマルチプレクサ２０に接続されている。そして、各マルチプレクサ２０が圧力検出回路１９に接続されている。
【００５２】
圧力検出回路１９は、状態変化検出回路１７と同様に、各々のマルチプレクサ２０ごとに複数（図では４つ）の同一の回路系統（ＬＰＦ１９ａ，増幅回路１９ｂ，ＡＤＣ１９ｃ）を有すると共に、各ＡＤＣ１９ｃから出力されるデータを取り込み、データ処理回路１２の要求するタイミングで出力するデータバッファ１９ｄを備えて構成されている。
【００５３】
図１１に示すように本変形例では、図８に示した第２実施形態の動作手順において、内視鏡の状態変化の変位量を蓄積する際に、挿抜量、回転量、湾曲量の蓄積の他に、内視鏡１の挿入部１ａの側面の圧力変化量を蓄積する動作を加えたものである。すなわち、ステップＳ１８及びＳ１９の後に、ステップＳ２４の判断で内視鏡の状態変化が内視鏡の側面の圧力変化である場合はステップＳ２５で圧力変化のあった位置及び変化量をメモリに蓄積する。他のステップは第２実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００５４】
圧力センサ１８の出力はマルチプレクサ２０を介して圧力検出回路１９に送られ、ここで各ポイントの圧力が検出されて電圧データとしてデータバッファ１９ｄにラッチされる。このデータはデータ処理回路１２に読み込まれ、各ポイントの圧力変化量のデータに変換されて前述のように挿抜量などと同様の手順で蓄積される。
【００５５】
この圧力データは、各ポイントで内視鏡１の挿入部１ａが体腔内組織と接触している圧力を表しており、その部分の挿入部１ａが先端部１ｄの軌跡からずれたことを示している。したがって、各変位量のデータから算出した先端部１ｄの軌跡を基に内視鏡の挿入形状データを生成する際に、先端部以外の挿入部分について、この圧力データに基づいて補正を行う。
【００５６】
この変形例では、内視鏡挿入部と体腔内組織との接触の度合いによって挿入形状データの生成時に補正を行うことにより、より正確な挿入形状を求めることができる。
【００５７】
図１２及び図１３は本発明の第３実施形態に係り、図１２は内視鏡形状検出装置及び内視鏡自動挿入制御装置のシステム構成を示す構成図、図１３は第３実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
図１２に示すように、内視鏡１は、制御信号に応じて内視鏡１の湾曲部１ｃを駆動して先端部１ｄの向きを変えると共に、挿入部１ａを体腔内に進行もしくは後退させる湾曲・挿抜駆動手段２１を備えている。この内視鏡１は、湾曲・挿抜駆動手段２１を含む内視鏡１の制御及び信号処理を行う自動挿入制御装置２２に接続されており、自動挿入制御装置２２には、内視鏡形状検出装置３と表示装置４とが接続されている。
【００５９】
内視鏡１には、照明光を先端部１ｄへ伝送するライトガイド２３、照明光を先端部１ｄから対象部位へ出射する配光レンズ２４、対象部位からの反射光による像を通過させる対物レンズ２５、対象部位の像を操作部１ｂへ伝送するイメージガイド２６、通常観察用の視野の観察窓と自動挿入用の視野の観察窓とを切り換える視野マスク２７、対象部位の像を結像する結像レンズ２８、結像された対象部位の像を光電変換するＣＣＤ等の固体撮像素子２９が設けられている。また、自動挿入制御装置２２には、ライトガイド２３に照明光を供給するための光源３０及び集光レンズ３１と、内視鏡１の固体撮像素子２９から出力される撮像信号を基に映像信号を生成する信号処理手段１３とが設けられている。
【００６０】
自動挿入制御装置２２内の光源３０から出射され、集光レンズ３１で集光された照明光は、ライトガイド２３の端部に入射してこのライトガイド２３，配光レンズ２４を経て先端部１ｄより対象部位へ照射される。照明された対象部位の像は、対物レンズ２５，イメージガイド２６，視野マスク２７，結像レンズ２８を経て固体撮像素子２９によって光電変換され、対象部位の画像の撮像信号として自動挿入制御装置２２内の信号処理手段１３に送られて信号処理が施され、映像信号に変換される。この映像信号は表示装置４に送られて内視鏡画像として患者体内の観察画像が表示される。
【００６１】
また、自動挿入制御装置２２は、前記光源３０の点灯を制御すると共に、固体撮像素子２９により撮像された対象部位の画像を基に内視鏡１の挿入部１ａを進行・後退させるための挿抜方向を検出して湾曲・挿抜駆動手段２１を制御する湾曲・挿抜制御手段３２を備えている。
【００６２】
一方、内視鏡形状検出装置３は、自動挿入制御装置２２の湾曲・挿抜制御手段３２から制御データの情報を取り込み記憶する制御データ記憶手段３３と、記憶された制御データから内視鏡１の挿入形状データを生成するデータ処理回路１２と、生成された挿入形状データから湾曲・挿抜制御手段３２で検出した挿抜方向を補正する挿抜方向補正手段３４とを備えている。
【００６３】
また、データ処理回路１２により生成した挿入形状データは、自動挿入制御装置２２の信号処理手段１３で映像信号に変換されて表示装置４へ送られ、表示装置４において内視鏡１の挿入形状を表す内視鏡形状画像を選択的に表示できるようになっている。
【００６４】
次に、図１３を参照して、第３実施形態に係る内視鏡形状検出装置の動作について説明する。なお、自動挿入制御装置２２の動作については、ここでは詳しい説明は省略するが、特開平２−２１８３３０号公報に開示されているように、通常観察よりも狭い視野をスキャンして暗い方向を検出することにより、内視鏡の挿入方向を検出でき、その検出した挿入方向に内視鏡が挿入されるよう挿入制御を行うことによって、挿入部１ａを容易に自動挿入することができる。
【００６５】
このとき、湾曲・挿抜制御手段３２は、固体撮像素子２９から出力される撮像信号を基に、目標の挿抜方向データ、湾曲部１ｃの湾曲制御データ、及び挿入部１ａの挿抜制御データを算出し、これらのデータによって湾曲・挿抜駆動手段２１を制御して挿入部１ａを駆動する。また、前記３つのデータは、内視鏡形状検出装置３の制御データ記憶手段３３に記憶される。
【００６６】
内視鏡形状検出装置３は、術者により形状検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ３１で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視タイマーや湾曲・挿抜の制御データを記憶するための記憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化する。
【００６７】
次に、ステップＳ３２で、前記監視タイマーの計数が開始され、データ処理回路１２において湾曲・挿抜制御手段３２によって算出され制御データ記憶手段３３に記憶された目標の挿抜方向データ、湾曲部１ｃの湾曲制御データ、及び挿入部１ａの挿抜制御データの読み込みを開始する。そしてステップＳ３３で、これらの３つのデータが、所定の量より大きいかどうか、すなわち内視鏡の状態変化があったか否かが判断される。
【００６８】
ステップＳ３３で、前記データが所定の量より小さい場合はそのまま監視タイマーの計数を続ける。一方、所定の量より大きい場合はステップＳ３４〜Ｓ３７の処理に移り、各制御データを対応するメモリに蓄積した後、監視タイマーの計数を続ける。すなわち、ステップＳ３４の判断で内視鏡の状態変化が挿入量の変化である場合はステップＳ３５で内視鏡挿入量の増減分をメモリに蓄積し、ステップＳ３６の判断で内視鏡の状態変化が内視鏡先端部の湾曲量の変化である場合はステップＳ３７で湾曲量及び湾曲方向をメモリに蓄積する。
【００６９】
この後、ステップＳ３８で監視タイマーの計数が終了したか否か判断し、終了していない場合はステップＳ３２に戻ることにより、監視タイマーが所定の値までの計数を終了するまでこの蓄積処理を繰り返す。
【００７０】
そして、監視タイマーの計数が終了すると、ステップＳ３９に進み、この所定時間内に蓄積した各制御量のデータから内視鏡１の先端部１ｄの軌跡を算出する。次いで、ステップＳ４０で、前段階で求めた先端部１ｄの軌跡から内視鏡の挿入形状データを生成し、信号処理手段１３に伝送する。そして、この伝送された挿入形状データは信号処理手段１３によって映像信号に変換され、表示装置４に出力されて内視鏡形状画像として表示される。
【００７１】
その後、ステップＳ４１で形状検出の動作が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップＳ３２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の表示の更新が繰り返される。
【００７２】
さらに、本実施形態では予め挿入形状のサンプルデータをデータ処理回路１２内のメモリに記憶しておき、現在生成された挿入形状データと比較することにより、先端部１ｄがどの部位に存在しているかを推定することができる。挿抜方向補正手段３４は、この推定された部位情報から湾曲量に制限範囲を設定し、予め読み込んでおいた挿抜方向データを補正する。この補正データが自動挿入制御装置２２の湾曲・挿抜制御手段３２に伝送されると、湾曲・挿抜制御手段３２は補正された挿抜方向データに基づき、次の湾曲量と挿抜量を算出する。
【００７３】
以上説明したように、第３実施形態では、内視鏡の挿抜方向を判断することにより湾曲制御と挿抜制御を行う内視鏡自動挿入装置から湾曲制御情報と挿抜制御情報の値を所定時間毎に取り込み蓄積する記憶手段と、記憶手段のデータを処理して形状情報を得る形状情報生成手段と、この形状情報に基づき自動挿入の挿抜方向を補正する挿抜方向補正手段とを設けることにより、自動挿入を容易に行うことができるようになっている。このとき、内視鏡の湾曲制御情報と挿抜制御情報の蓄積データから挿入された内視鏡挿入部の形状を生成し、全体の形状とあらかじめ記憶しておいたサンプル形状データと比較することにより現在の内視鏡先端が患者の体内でどの部位に存在するかを判断する。そして、検出した挿抜方向を各部位によって所定の範囲で限定し必要に応じて補正するようにしている。
【００７４】
第３実施形態によれば、自動挿入制御装置から制御データを読み込む構成だけで挿入形状を検出することができるため、挿入方向の検出をより厳密にでき、正確な内視鏡の挿入形状検出が可能であると共に、第１実施形態と同様にシステム構成を簡単にすることができる効果が得られる。
【００７５】
［付記］
（１）  内視鏡の挿入部に複数配設され、この配設した点の回転角を検出し電気信号に変換する回転角検出手段を直交する３軸上に配置してなる姿勢検出センサ手段と、
前記姿勢検出センサ手段の出力を所定間隔で標本化する姿勢検出手段と、
複数の前記姿勢検出手段が標本化した複数の姿勢情報から内視鏡の挿入形状を検出する形状検出手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
【００７６】
（２）  前記姿勢検出センサ手段は、ジャイロスコープであることを特徴とする付記１に記載の内視鏡形状検出装置。
【００７７】
（３）  術者が行う内視鏡挿入部の挿抜操作の操作量を検出する操作量検出センサ手段と、
前記操作量検出センサ手段の出力を所定間隔で標本化する操作量検出手段と、
複数の前記操作量検出手段が標本化した複数の操作量情報から内視鏡の挿入形状を検出する形状検出手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
【００７８】
（４）  内視鏡自動挿入制御装置と組み合わせて使用する内視鏡形状検出装置において、
前記内視鏡自動挿入制御装置の行う挿抜操作の制御データを取り込み記憶する記憶手段と、
所定間隔で読み出した前記記憶手段のデータから内視鏡の挿入形状を検出する形状検出手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内視鏡装置のシステム構成を示す構成図
【図２】第１実施形態の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図
【図３】姿勢検出回路の構成を示すブロック図
【図４】第１実施形態の動作を説明するためのフローチャート
【図５】第１実施形態の形状検出処理を説明する作用説明図
【図６】本発明の第２実施形態に係る内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図
【図７】状態変化検出回路の構成を示すブロック図
【図８】第２実施形態の動作を説明するためのフローチャート
【図９】第２実施形態の形状検出処理を説明する作用説明図
【図１０】第２実施形態の変形例に係る圧力検出回路の構成を示すブロック図
【図１１】第２実施形態の変形例の動作を説明するためのフローチャート
【図１２】本発明の第３実施形態に係る内視鏡形状検出装置及び内視鏡自動挿入制御装置のシステム構成を示す構成図
【図１３】第３実施形態の動作を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
【００８０】
１…内視鏡
１ａ…挿入部
１ｃ…湾曲部
１ｄ…先端部
２…内視鏡観察装置
３…内視鏡形状検出装置
４…表示装置
１０…３方向ジャイロ
１０ａ…圧電振動ジャイロ
１１…姿勢検出回路
１１ａ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１１ｂ…増幅回路
１１ｃ…アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
１１ｄ…データバッファ
１２…データ処理回路
１３…信号処理手段
１５…挿抜・回転量検出手段
１６…湾曲量検出手段
１７…状態変化検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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